课题基金 / 基金详情

黑龙江省农田土壤冻融过程及生境健康调控机理研究

批准号:
U20A20318
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
258.0 万元
负责人:
付强
依托单位:
学科分类:
农业水利与农村水利
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
付强

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
黑龙江省特有的春季融雪型农田涝渍灾害导致苗期作物“烂根腐根”现象频发,严重威胁粮食产能提升与农业绿色发展。为破解黑龙江省春季作物生境健康调控技术瓶颈,将大气、积雪、冻融土壤视为一个作物依存连续体,对其行为特征及调控模式进行整合研究。首先模拟不同气候变化情景下农田土壤冻融变化过程,解析活动层水热循环物理机制及其水文效应;其次分析融雪期农田积雪物理特征参数变化规律,揭示积雪融水过程物理机制,识别不同作物承灾体对孕灾环境的响应关系,率定融雪型涝渍灾害发生阈值;然后建立大气-积雪-冻融土壤连续体污染物迁移模型,剖析农田冻融土壤水盐碳氮循环耦合互馈关系,阐释农田土壤冻融及其伴生过程的生态环境影响效应;最后设定不同调控方案,阐明农田土壤冻融期作物生境健康恢复机理,确定其最佳调控模式。研究成果可为缓解寒区春季涝渍灾害影响、合理利用冻土水-融雪水资源、保障农业水土环境健康与粮食安全提供重大理论与技术支撑。
英文摘要
The special farmland waterlogging disaster of spring snowmelting in Heilongjiang province leads to the frequent occurrence of rotten root phenomenon of crops in seedling stage, which seriously threatens the improvement of grain production capacity and the green development of agriculture. To solve the technical bottleneck of crop habitat health regulation in spring in Heilongjiang Province, the atmosphere, snow and frozen thawed soil are regarded as a dependent continuum of crops, and their behavior characteristics and regulation modes are studied. Firstly, simulate the soil freezing-thawing process under different climate change scenarios, analyze the physical mechanism of water and heat cycle in the active layer and its hydrological effect; secondly, analyze the change law of the physical characteristics parameters of snow cover in farmland during the snow melting period, reveal the physical mechanism of snow melting process, and identify the disaster bearing bodies of different crops, analyze the response relationship of disaster pregnant environment, the threshold value of snow melting waterlogging disaster is determined; then, the pollutant transport model of air snow freezing soil continuum is established, and the coupling and mutual feed relationship of water, salt, carbon and nitrogen of farmland freezing-thawing soil is analyzed to explain the ecological environment effect of farmland soil freezing-thawing and its associated process; finally, different control schemes are set to clarify the crops in farmland soil freezing-thawing period. The mechanism of habitat health restoration and the best regulation mode are determined. The results can provide important theoretical and technical support for alleviating the impact of spring waterlogging disaster in cold regions, rationally using frozen soil water and snowmelting water resources, and ensuring the health of agricultural soil and water environment and food security.
黑龙江省农田土壤存在冻融循环现象,伴随着土壤能量传递转化、水分相变迁移以及溶质分解扩散等复杂性过程,冻融土壤的水热系统作为自然界能量循环的重要环节,在水资源优化配置、农业高效增产、能源有效开发以及人类工程建设方面占有重要的地位。本研究针对黑龙江省春季融雪型农田涝渍灾害导致的作物“烂根腐根”问题,研究基于农田土壤冻融变化过程,动态模拟了不同气候变化背景下农田土壤冻融过程,揭示农田土壤冻融过程对气候变化的响应机理,量化了气象因素对土壤冻结指数的驱动效应;有效诊断了水文过程对活动层水热循环的响应效果,识别活动层水热循环对土壤水再分配和储量变化的内在作用机制,构建了区域特色农田水热盐迁移转化机制模型;准确解析了农田积雪水分效应与温度效应的耦合关系,表征农田积雪融水过程物理机制,丰富了融雪期农田积雪特征参数演变规律;动态模拟了污染物迁移过程,揭示污染物复合效应与连续体界面中的转化机制,建立了农田土壤污染物迁移模型;量化表征了农田冻融土壤碳氮循环耦合互馈关系,剖析农田冻融生境微循环对土壤冻融及其伴生过程的响应机理,揭示了农田土壤微循环驱动机制;有效分析了农田土壤冻融过程水热交换传输,确定不同界面碳循环和碳平衡对氮迁移转化过程的影响机制,剖析了农田冻融土壤水盐碳氮循环耦合互馈关系;准确计算了不同农田土壤冻融过程调控模式下作物生境健康综合恢复力指数,揭示了农田土壤冻融期作物生境健康恢复机理;有效建立了不同调控模式与作物生境健康关键因子之间的联系方程,综合评价不同调控模式对作物生境健康的调控效果,确定了黑龙江省农田最佳调控模式。研究成果将为缓解寒区春季涝渍灾害影响,合理利用冻土水资源,保障农业水土环境健康提供理论和技术支持。研究结果有效改善了农田作物生境健康状况,降低了春旱春涝对农业生产的负面影响,有力促进了黑龙江省粮食高产稳产。
大气-雪被-冻融土壤系统水热协同效应及能量传递机理研究
  • 批准号:
    51679039
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    付强
  • 依托单位:
灌区多水源复合系统灌溉水利用效率尺度效应及转化机理研究—以黑龙江省为例
  • 批准号:
    51479032
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    84.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    付强
  • 依托单位:
雪被-农田土壤复合系统水热时空分异特征及互作效应研究
  • 批准号:
    51279031
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    付强
  • 依托单位:
基于CAS的区域农业水土资源配置系统复杂适应机理及应用研究—以三江平原为例
  • 批准号:
    51179032
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    付强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金